Forskning ledd av professor Ton Peijs från WMG vid University of Warwick och professor Cees Bastiaansen vid Queen Mary University of London, har utarbetat en bearbetningsteknik som kan skapa transparent polyetenfilm som kan vara starkare som aluminium men till en bråkdel av vikten, och som kan användas i glasning, vindrutor, visir och displayer på ett sätt som ger styrka och spänst samtidigt som de minskar vikten.

I en ny forskningsartikel med titeln "Glasliknande transparenta höghållfasta polyetenfilmer genom att ställa in ritningstemperaturen." Publicerad online idag—1 april 2019—i tidskriften Polymer , författarna visar att efter noggrant val av typen polyeten och genom att justera temperaturen under skapandet av orienterade polyetenfilmer kan en balans skapas som ger ett mycket användbart och lätt genomskinligt material med en betydande styrka och elasticitet som närmar sig, och på något sätt, överstiger metallernas.

Tidigare har alla som vill ersätta tunga och ofta spröda glasögon med en genomskinlig plast tittat på konventionella genomskinliga plaster som polykarbonat (PC) och poly(metylmetakrylat) (PMMA), som båda har relativt otillfredsställande mekaniska prestanda jämfört med ett tekniskt material som aluminium.

Nuvarande metoder för att skapa höghållfasta plastfilmer som varmdragning av högdensitetspolyeten (HDPE) kan leda till material som kan konkurrera eller till och med överträffa traditionella tekniska material som metaller.

"Mikrostrukturen av polymerer innan ritning liknar mycket en skål med kokt spaghetti eller nudlar, medan molekylerna efter sträckning eller dragning blir inriktade på ett sätt som liknar det för okokt spagetti, vilket betyder att de kan bära mer last" förklarar Yunyin Lin, en doktorsexamen student i professorerna Peijs och Bastiaansens team.

Dock, dragna polyetenmaterial har normalt ett ogenomskinligt utseende på grund av defekter och hålrum som uppstår under dragningsprocessen, begränsande tillämpningar där både mekaniska egenskaper och optisk transparens krävs.

Viss framgång har nyligen uppnåtts genom att använda högspecifika tillsatser i varmdragna HDPE-material som sedan kan ge 90% transparens samtidigt som de ger hög hållfasthet. Dock, forskargruppen ledd av professorerna Peijs och Bastiaansen har nu utvecklat en ny eftertillverkningsteknik för HDPE som ger styrka och spänst samtidigt som transparensen bevaras utan att använda tillsatser.

Forskarna tog HDPE-polyetenark och drog ut dessa ark vid ett intervall av temperaturer under smälttemperaturen för HDPE. Genom att justera ritningstemperaturen kunde de uppnå en genomskinlighet på 90% i det synliga området. Dock, den bästa balansen mellan styrka och transparens uppnåddes vid ritningstemperaturer mellan 90 och 110 grader Celsius.

Professor Ton Peijs vid WMG vid University of Warwick sa:

"Vi förväntar oss att större rörlighet i polymerkedjorna vid dessa höga dragningstemperaturer är ansvariga för att skapa färre defekter i de dragna filmerna, vilket resulterar i mindre ljusspridning av defekter och därför en högre klarhet"

De mycket transparenta filmerna har en maximal elasticitet eller Young's Modulus på 27 GPa och en maximal draghållfasthet på 800 MPa längs ritningsriktningen, som båda är mer än 10 gånger högre än för PC- och PMMA-plaster. För jämförelse, aluminium har en Young's Modulus på 69 GPa och aluminiumlegering av flyg- och rymdkvalitet kan ha draghållfastheter upp till cirka 500 MPa. Dock, polyeten har en densitet på mindre än 1000 kg/m3 medan aluminium har en densitet på cirka 2700 kg/m3, vilket innebär att på viktbasis kan dessa höghållfasta transparenta polymerfilmer överträffa sådana metaller.

Professor Ton Peijs i WMG vid University of Warwick drar slutsatsen att:

"Våra resultat visade att ett brett bearbetningsfönster som sträcker sig från 90 °C till 110 °C kan användas för att skräddarsy den nödvändiga balansen mellan optisk och mekanisk prestanda. Det förväntas att dessa lätta, låg kostnad, mycket transparent, hög hållfasthet och hög styvhet HDPE-filmer kan användas i laminat och laminerade kompositer, ersätta eller förstärka traditionellt oorganiskt eller polymert glas för applikationer i bilglas, byggnader, vindrutor, visir, skärmar etc."